多线程（29）Semaphore

爱被打了一巴掌 2024-04-24 23:10 3阅读 0赞

`Semaphore`（信号量）是一种常用的并发控制技术，用于管理对一组资源的访问控制。信号量的核心是一个计数器，表示可用资源的数量。计数器的值可以初始化为任意值，如果初始化为1，则成为一个互斥锁（Mutex）。信号量提供了两个主要方法，`acquire()`（获取）和`release()`（释放），用于线程间的同步控制。

#### 工作原理 ####

1.  **acquire()**：
    
     *  当线程尝试通过`acquire()`方法获取资源时，信号量的计数器会减1。
     *  如果计数器的值大于等于0，说明资源可用，线程可以继续执行。
     *  如果计数器的值小于0，则说明资源不足，线程会被阻塞，直到有其他线程释放资源。
2.  **release()**：
    
     *  线程通过调用`release()`方法来释放它持有的资源，这会使信号量的计数器加1。
     *  如果有线程因为资源不足而被阻塞，释放资源后，这些线程中的一个或多个（取决于释放的资源数量和信号量的公平性策略）会被唤醒，尝试再次获取资源。

#### 公平性 ####

*  `Semaphore`支持两种公平性策略：公平模式和非公平模式。
 *  在公平模式下，线程获取资源的顺序与它们请求访问的顺序相同，能够防止线程饿死（即无限期等待）。
 *  在非公平模式下，请求访问的顺序并不保证线程获取资源的顺序，这可能导致某些线程较快获取资源，而其他线程等待时间较长。

#### 用途 ####

*  控制资源的并发访问：信号量常用于限制对资源的并发访问数，确保系统的稳定性和性能。
 *  实现生产者-消费者模式：通过两个信号量控制生产者和消费者的同步，一个信号量控制可用资源数，另一个控制可用空间数。
 *  线程同步：虽然`Semaphore`主要用于资源的并发控制，但也可以用作线程间的同步机制。

#### 示例代码 ####

下面是一个简单的`Semaphore`使用示例，演示如何控制对某个资源的并发访问：

import java.util.concurrent.Semaphore;
    
    public class SemaphoreExample {
        
        private static final int MAX_PERMITS = 3;
        private final Semaphore semaphore = new Semaphore(MAX_PERMITS, true); // 公平模式
    
        public void accessResource() {
        
            try {
        
                semaphore.acquire(); // 尝试获取一个许可
                // 模拟访问共享资源
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is accessing the shared resource.");
                Thread.sleep(1000); // 模拟操作耗时
            } catch (InterruptedException e) {
        
                Thread.currentThread().interrupt();
            } finally {
        
                semaphore.release(); // 释放一个许可
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is releasing the shared resource.");
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            SemaphoreExample example = new SemaphoreExample();
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                new Thread(example::accessResource).start();
            }
        }
    }

在这个示例中，我们创建了一个具有3个许可的`Semaphore`，确保最多只有3个线程可以同时访问某个共享资源。每个线程在访问资源前需要通过`acquire()`方法获取许可，完成后通过`release()`方法释放许可。这种方式保证了资源的安全访问和高效利用。